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CCC/235

Standard di campionamento e analisi del carbone (CCC/235)

Qian Zhu

Ogni anno vengono commercializzate miliardi di tonnellate di carbone nelle centrali per la produzione di energia elettrica, cemento, acciaio e per altri scopi. Il prezzo del carbone non dipende solo dalle quantità che vengono acquistate ma è legato ad una serie di proprietà che lo stesso presenta e che sono determinate attraverso procedure analitiche. I carboni presentano una vasta gamma di proprietà fisiche e risultano essere costituiti da una componente organica ed una minerale. Data l’elevata complessità ed eterogeneità delle tipologie di carboni (costituiti da particelle di varie forme e dimensioni, ognuna con diverse caratteristiche fisiche, chimiche e contenuto di ceneri residue) devono essere adottati anzitutto protocolli standard per il campionamento, in maniera tale che il materiale raccolto sia rappresentativo. Anche le analisi del carbone devono seguire procedure standard per ottenere dati riproducibili e ripetibili. Il presente report passa in rassegna i diversi metodi di prelievo di campioni ed analisi, fornendo la descrizione delle procedure standard adottate nelle fasi di campionamento, preparazione ed analisi previste nelle Norme Internazionali.

Esempi di organizzazioni che operano a livello nazionale o internazionale per redare metodi di sviluppo e standardizzazione, sono il British Standards Institution (BSI), il German Institute for Standardisation (DIN), l’International Organisation for Standardisation (ISO), e l’American Society for Testing and Materials (ASTM).

Il campionamento del carbone, può essere effettuato da una vasta gamma di siti di raccolta o stoccaggio, quali nastri trasportatori, camion, vagoni ferroviari e cumuli. Il campionamento può essere effettuato manualmente o mediante sistemi di campionamento meccanici. Prima delle analisi chimiche la maggior parte dei campioni richiedono una “preparazione” come ad esempio attraverso l’essiccazione, la frantumazione, la suddivisione e la miscelazione di un campione dal quale ottenere piccole porzioni necessarie per le analisi di laboratorio.

I test e le analisi chimiche dei carboni sono solitamente effettuate in laboratorio con lo scopo principale di determinarne la qualità e il rango. Le procedure e le condizioni di analisi vengono standardizzate al fine di ottenere risultati oggettivi e comparabili tra differenti laboratori.

Le analisi principali che vengono effettuate sono le seguenti:

  • l’analisi immediata per la determinazione del contenuto di umidità, ceneri, sostanze volatili e carbonio fisso;
  • l’analisi elementare per la determinazione del carbonio, dell’idrogeno, dell’ossigeno, dell’azoto e dello zolfo;
  • l’analisi delle ceneri: individuazione degli elementi maggiori e minori del carbone;
  • calcolo del potere calorifico (noto anche come valore di riscaldamento o energia specifica)

Ulteriori analisi possono essere condotte per determinare la durezza di un carbone, la temperatura di fusione delle ceneri e l’analisi degli elementi in tracce.

L’utilizzo di tecniche analitiche strumentali è cresciuto rapidamente negli ultimi anni; nuove sofisticate tecnologie, che utilizzano microprocessori e microcomputer, hanno portato allo sviluppo di una nuova generazione di strumentazioni per l’analisi del carbone. In particolare, l’analisi automatizzata permette di determinare l’umidità, le ceneri, le sostanze volatili, il carbonio, l’idrogeno, l’azoto, lo zolfo, l’ossigeno e la temperatura di fusione della cenere in tempi brevi con la possibilità di effettuare le prove in situ ovvero dove il carbone viene estratto, trasformato, trasportato o eventualmente utilizzato.

Ulteriori analisi di routine sul carbone sono comunemente effettuate nei vari laboratori nel mondo. Queste tecniche sono basate sull’applicazione di una vasta gamma di tecnologie tra le quali la spettroscopia a raggi x, la microscopia elettronica, la spettroscopia atomica, la spettrometria di massa e le analisi per l’attivazione neutronica. Molte di queste tecniche sono veloci, ad alta sensibilità e precisione, semplici da utilizzare ed hanno limiti di rilevabilità bassi. Inoltre al giorno d’oggi, molti degli strumenti sono in grado di determinare più elementi contemporaneamente. AO

Il rapporto originale è consultabile gratuitamente, previa registrazione, all’indirizzo:
http://www.iea-coal.org.uk/site/2010/publications-section/reports